WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

и схематическое представление их формы показаны на Десорбционные изображения показывают, что послойрис. 3, c–e и 4. При постепенном повышении десорбируный рост на плотноупакованных гранях может происхоющего напряжения сначала появляются яркие точки — дить и на стадии перестройки, когда изменения формы изображения вершин микровыступов (рис. 3, c), потом ограничиваются переходом от частично скругленного изображения плавно и скачками расширяются и на них острия к многограннику, а наростов и микровыступов проявляются грани и ребра микровыступов (рис. 3, d, e).

нет. В таком случае остаются непонятными причины, по Расширение в одних случаях идет симметрично во которым происходит переход от роста слоев с сохраневсех направлениях от вершины острия, а в других — нием формы вершины острия в виде многогранника к преимущественно в одну сторону (рис. 3, c, d). Иногда образованию наростов. Непонятен и широкий интервал происходит раздвоение изображения вершины микровытемператур, в котором происходит полевое испарение ступа (рис. 3, e).

с микровыступов на начальной стадии формирования наростов. Поскольку и полевое испарение, и поверхностная самодиффузия, обеспечивающая возобновление ис5. Обсуждение результатов паряемого материала на вершине микровыступа, очень резко зависят от температуры, полевое испарение с Выводы о форме получающихся при нагревании вершины микровыступа должно было бы прекратиться острия в электрическом поле образований сделаны на при небольшом снижении температуры независимо от основе анализа динамики изменения полевых десорбтого, чем ограничивается скорость полевого испарения ционных изображений при изменении десорбирующего (самим процессом полевого испарения или диффузиполя, а не по отдельным кадрам видеозаписи, привеонным подводом материала). Другими необъясненными денным здесь. Например, на рис. 1, b видно по одной процессами являются прекращение полевого испарения ступени на каждом ребре перестроенного острия. При микровыступа и возобновление его на том же месте изменении поля изображение перескакивает с одной через некоторое время. Попытки охладить острие в ступени на другую. При резком повышении поля можно момент прекращения полевого испарения с микровызафиксировать все ступени на одном кадре (рис. 1, c).

ступа и последующие наблюдения с помощью полевой Основная схема формоизменений, базирующаяся на электронной и десорбционной микроскопии показали, результатах исследований, полученных с помощью по- что микровыступ наблюдался во всех случаях и не было левой эмиссионной микроскопии, подтверждается. В то замечено различий свойств микровыступов в зависиже время десорбционная микроскопия непрерывного мости от момента охлаждения (при наличии полеворежима позволила уточнить некоторые детали формоиз- го испарения или при его отсутствии). Непонятными менений и изучить особенности формы, не наблюдаемые остаются и некоторые перемещения микровыступов во другими методами, такие как структура ребер и углов время термополевого воздействия. Только часть из этих перестроенного острия и наростов, а также форма перемещений связана с изменением формы поверхности, микровыступов. на которой находятся микровыступы.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Полевая десорбционная микроскопия термополевых формоизменений Для объяснения наблюдаемых эффектов можно пред- „догнать“ нижний при образовании ступени удвоенной ложить схему процессов, происходящих при высоко- высоты. Напряженность поля на верхнем крае ступени температурном прогреве острия в электрическом поле, возрастет, а на нижнем уменьшится, и одинчоный атом, основанную на конкуренции между поверхностной диф- „приставший“ к краю ступени, с большой вероятностью фузией, послойным кристаллическим ростом и полевым перейдет на верхнюю плоскость ступени прежде, чем испарением. Схема базируется на теории Херринга [11] „дождется“ следующих атомов и образует зародыш нои представлениях, развитых в работах [1–5,12–14]. При вого атомного ряда. Рост ступени в ширину замедлится высокой температуре на поверхности острия происходят или остановится.

отрыв атома от ступени (плоской сетки) с переходом в Этот же процесс может привести к образованию поверхностно адсорбированное состояние (разрушение микровыступа у края ступени, если зарождение новых атомных слоев), поверхностная диффузия (миграция) слоев значительно опережает их рост. Процесс роста моадсорбированных атомов, присоединение атомов к стужет принять лавинообразный характер из-за возрастания пеням (рост атомных слоев). Результирующий перенос напряженности поля при увеличении высоты микровывеществ определяется градиентом химического потенступа. Часть подходящих к наросту с боковой поверхноциала поверхностных атомов. В отсутствие внешнего сти острия атомов (рис. 4, a) переходит на плотноупаэлектрического поля градиент химического потенциала кованную плоскость боковой поверхности нароста, дифи перенос вещества направлены в сторону уменьшения фундирует по ней на микровыступ и испаряется полем кривизны поверхности, т. е. от вершины острия на его с его вершины. Это уменьшает концентрацию атомов на боковую поверхность, слои на вершине острия разрунижней плоскости и у края образующегося нароста и шаются, а на боковой поверхности растут (происходит препятствует росту нового слоя нижней плоскости.

затупление острия). После длительного прогрева без Таким образом, предполагаются два механизма ограполя острие приобретает квазиравновесную форму, проничения роста слоя до заполнения им всей грани пецессы разрушения и роста атомных слоев приходят в рестроенного острия, а следовательно, и перехода от равновесие.

огранки острия к образованию наростов.

Электрическое поле нарушает равновесие. Оно вносит 1) Появление на грани ступеней более чем моноатомвклад -F2/8 в свободную поверхностную энергию ной высоты (из-за того, что верхние слои „догоняют“ металла и химический потенциал поверхностно адсорбинижние) с плотноупакованными боковыми поверхнорованных атомов [11]. Локальная напряженность поля на стями и уменьшение вероятности зарождения новых вершине острия и у краев плоских граней выше, чем на атомных рядов на грани из-за оттока атомов на верхнюю боковой поверхности острия и в центре плоских граней.

плоскость ступени.

Электрическое поле может компенсировать влияние 2) Появление микровыступа на краю ступени (не кривизны, повернуть потоки переноса, прекратить затупна краю грани) и полевое испарение с его вершины ление острия и привести к огранке острия плотноупакоатомов, которые при отсутствии испарения достроили ванными плоскостями. Огранка происходит вследствие бы ступень до края грани.

большей скорости роста на рыхлых гранях и трудности Вероятно, реализуются оба механизма, но, поскольку зарождения новых атомных слоев на плотноупакованных в эксперименте появление нароста всегда сопровождаплоскостях.

лось появлением микровыступов на всех его ступенях, После полной огранки острия диффузионный поток второй механизм представляется преобладающим. Полепродолжает поставку атомов на вершину острия на плосвое испарение может определять переход к образованию кие грани и может создать достаточное поверхностное наростов.

пересыщение (превышение поверхностной концентраРост микровыступа и полевое испарение с его верции атомов над равновесной для процессов присоедишины с одной стороны, зарождение и рост атомных нения и отрыва атомов от двумерного островка) для слоев с другой являются конкурирующими процессами, образования двумерных зародышей нового слоя и роста так как они ведут к уменьшению концентрации атомов нового атомного слоя. Если последовательно происхона поверхности грани и наростов. Полевое испарение с дит рост новых слоев на всей грани, вершина острия микровыступа уменьшает скорости зарождения и роста сохраняет форму многогранника. Пересыщение у края грани больше, чем в центре ввиду большей напряжен- атомного слоя, в то же время растущий слой поглощает часть атомов, поступающих на грань, и уменьшает поток ности поля и из-за того, что приток атомов происходит полевого испарения с микровыступа (предполагается, через край грани. Поэтому скорость зарождения и роста у края грани больше. Это напоминает условия, при кото- что поток ограничен подводом атомов к микровыступу).

В рамках этой модели можно объяснить колебания тока рых происходит скелетный рост кристалла из раствора полевого испарения и широкий интервал температур, в без его перемешивания. Зарождение нового слоя может произойти до завершения роста предыдущего слоя. При котором при прочих постоянных условиях наблюдается этом рост нижележащего слоя замедляется вследствие полевое испарение с микровыступа. Если роста нового захвата части мигрирующих атомов новым слоем и слоя не происходит, диффузионный поток создает на грачастичного экранирования поля. Верхний слой может ни большую концентрацию атомов, которые удаляются Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 2096 В.Г. Павлов только посредством полевого испарения с микровысту- Список литературы па. Когда произошло зарождение и идет рост нового [1] M. Benjamen, R.O. Jenkins. Proc. Roy. Soc. Lond. A 176, атомного слоя, концентрация атомов уменьшается. Со(1940).

ответственно уменьшается и поток полевого испарения.

[2] P.C. Bettler, F.M. Charbonnier. Phys. Rev. 85, 85 (1960).

После завершения слоя и до зарождения нового поток [3] В.Г. Павлов, А.А. Рабинович, В.Н. Шредник. Письма в полевого испарения возобновляется. Происходит колеЖЭТФ 17, 247 (1973).

бание тока полевого испарения. Снижение температуры [4] В.Н. Шредник, В.Г. Павлов, А.А. Рабинович, Б.М. Шайхин.

приводит к уменьшению скорости зарождения атомных Изв. АН СССР. Сер. физ. 38, 296 (1974).

слоев, т. е. конкурирующего с полевым испарением про[5] В.Г. Павлов, А.А. Рабинович, В.Н. Шредник. ФТТ 17, цесса, что при определенных условиях может привести (1975).

[6] В.М. Жуков, С.А. Полежаев. ЖТФ 57, 1133 (1987).

к сохранению потока полевого испарения даже при [7] Д.П. Бернацкий, Ю.А. Власов, В.Г. Павлов. ЖТФ 57, значительном понижении температуры. Колебания тока (1987).

полевого испарения (меньшей амплитуды и с более [8] D.P. Bernatskii, V.G. Pavlov, Proc. 9th Int. Vac. Microelectron.

высокой частотой) могут быть связаны также с зарождеConf. St. Petersburg (1996). P. 47.

нием и ростом новых атомных рядов на краю растущего [9] В.Г. Павлов. В кн.: Автоионная и автоэлектронная микрослоя.

скопии и спектроскопия: история, достижения, современПовышение приложенного к острию потенциала моное состояние, перспективы / Под ред. А.Л. Суворова.

жет привести к тому, что из-за увеличения потока полеАкадемпринт, М. (2003). С. 315.

вого испарения с микровыступов концентрация атомов [10] В.Г. Бутенко, О.Л. Голубев, Е.Л. Конторович, В.Н. Шредник. Письма в ЖТФ 18, 86 (1992).

на плоскости станет ниже критической для зарождения [11] C. Herring. In: Structure and Properties of Solid Surfaces / новых атомных слоев, формирование нароста прекраEds R. Gomer, C.S. Smith. Univ. Press, Chicago (1953). P. 5.

тится. При еще большем повышении напряженности [12] M. Drechsler. Z. Electrochem. 61, 48 (1957).

поля испарение превысит диффузионный приток, дина[13] J.P. Barbour, F.M. Charbonnier, W.W. Dolan, W.P. Dyke, мическое равновесие рост-разрушение атомных слоев E.E. Martin, J.K. Trolan. Phys. Rev. 117, 1452 (1960).

сместится в сторону разрушения, начнется растворение [14] Ю.А. Власов, О.Л. Голубев, В.Н. Шредник. Рост кристалатомных слоев и удаление материала разрушающихся лов 19, 5 (1991).

слоев путем полевого испарения с микровыступов. Вершина острия отступает, сохраняя форму многогранника со ступенчатыми наростами на гранях и микровыступами на углах. Этот процесс сопровождается увеличением числа микровыступов, перемещением изображений микровыступов на картинах полевого испарения. Разрушение ступени нароста и постепенное уменьшение ширины разрушающейся ступени проявляются в эффекте схлопывания колец микровыступов.

6. Заключение Таким образом, применение полевой десорбционной микроскопии непрерывного режима для исследования формоизменений, происходящих при нагреве металлического острия в сильном электрическом поле, позволило точнее определить форму возникающих образований.

Ребра перестроенного в многогранник острия радиуса 500-1000 nm состоят из моноатомных ступеней шириной 1 nm и длиной 100 nm. Микровыступы размером 10 nm имеют форму пирамиды или клина с вершиной в виде единичного атома или моноатомного ребра и боковыми гранями, продолжающими боковые грани перестроенного острия или нароста, на которых они находятся. Подтверждено, что непосредственно после термополевой обработки наросты имеют форму ступенчатых усеченных пирамид с моноатомными ребрами.

Автор посвящает эту статью памяти Владимира Николаевича Шредника.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.